基于单片机的无线点菜餐饮系.docx

本科生毕业论文(设计)

题 目： ______________
学生姓名: 阮 康
学 号：
专业班级： 建筑电气与智能
指导教师：

完成时间： 2015年5月5日

摘　　要
随着人民生活水平的提高和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业。无线电子点菜系统是无线通信技术的典型应用，把无线技术用于餐饮业将会极大提高餐馆的工作效率和服务质量。在市场经济蓬勃发展的今天，面对餐饮行业竞争日益激烈的现实，建立一种实用、先进、高效的餐饮管理系统势在必行。
本文设计的无线点菜系统终端设备是以凌阳SPCE061A单片机为核心，外部扩展了人机界面模块、无线传输模块、语音录放模块、红外自学习模块等。通过服务终端的特色餐饮语音介绍功能，可以向客户推荐酒店的特色餐饮；服务终端将客户的点菜信息进行编码后通过无线传输模块发送给服务中心，服务中心解码后就可以得到客户的点菜信息；当终端发出结帐信息时，服务中心打印帐单结帐；客户走后，服务中心发送设备控制信息给服务终端，终端设备根据控制信息发射红外遥控命令，关闭所有电气设备。
无线点菜餐饮系统终端设备的设计有利于提高餐饮管理系统向信息化、先进化、高效化方面发展，具有很大的开发前景。

关键词：单片机；无线传输；红外自学习

Abstract
Along with the enhancement of the level of the people’s lives and the transformation of the lifestyle, the dining industry which is called gold industry in China has the huge investment market. The wireless electronic ordering food system is the typical use of the technology of wireless communication. Using the technology of wireless communication in the dining industry will largely improve the working efficiency and the grade of service.Today,the market economy develop very quickly,In the face of the restaurant industry in an increasing competitive reality，The establishment of a practical、modern、food efficient management system is imperative。
This paper describes the design of wireless terminal equipment Ordering System Sunplus SPCE061A is at the core，External expansion of the human-machine interface modules, wireless transmission modules, voice-recording module, IR learning module。By serving the terminal characteristics Food voice on function could recommend to clients of the hotel features dining；Terminal services to the customers ordered information encoded wireless transmission module sent to the service center，Service center after decoding can be ordered customer information；When the terminal issued billing information, Print billing services billing center；When customers left，the service center this equipment to control information service terminals，terminal equipment under control information infrared remote control orders to close down all the electrical equipment。
Ordering System wireless terminal equipment designed to improve the management system catering to the information technology、advanced、development of efficient，has great prospects of development。

Keywords: Single chip microcomputer； Wireless transmission； Infrared learning

目录
摘　　要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1 无线点菜的课题背景 1
1.2 无线点菜的研究内容及意义 2
1.3 无线点菜的国内外研究现状 3
1.4 本文的工作 5
第2章 无线点菜餐饮系统服务终端设备设计方案及论证 6
2.1 基于PDA的无线点菜系统终端设备的设计 6
2.2 基于单片机的无线点菜系统终端设备的设计 7
2.3基于PC机无线点菜终端设备的设计 9
2.4 论证分析 10
第3章 无线点菜餐饮系统终端设备的硬件设计 12
3.1 单片机SPCE061A 简介 12
3.1.1 性能 13
3.1.2 应用领域 14
3.1.3 结构介绍 14
3.2 语音录放模块 16
3.2.1 原理分析 17
3.2.2 语音的录入和压缩 17
3.2.3 语音录放具体应用 18
3.3 人机交换模块 20
3.4 无线传输模块 22
3.5 红外自学习模块 24
3.6 电源电路 26
3.7 单片机的抗干扰性设计 27
第4章 无线点菜餐饮系统终端设备的软件设计 29
4.1主程序设计 29
4.2语音设计 30
4.3放音子模块和点菜子程序模块设计 31
4.4其他子模块设计 33
第5章 无线点菜餐饮系统终端设备的软硬件调试说明 38
5.1硬件调试 39
5.1.1静态调试 39
5.2 软件调试 40
5.3 系统联调 40
结 论 41
参考文献 42
附录A 电路图 44
附录B 程序清单 45

第1章 绪 论
当今世界已进入了在计算机信息管理领域中激烈竞争的时代，应用计算机已经变得十分普遍了，如同我们离不开的自行车、汽车一样。我们应该承认，谁掌握的知识多，信息量大，信息处理速度快，批量大，谁的效率就高，谁就能够在各种竞争中立于不败之地。随着科学技术的不断提高,计算机科学日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。越来越多的管理人员意识到信息管理的重要性。作为计算机应用的一部分,使用计算机对餐饮企业信息进行管理,具有手工管理所无法比拟的优点.例如:检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密性好、寿命长、成本低等。这些优点能够极大地提高信息管理的效率,也是企业的科学化、正规化管理与世界接轨的重要条件 。
1.1 无线点菜的课题背景
在市场经济蓬勃发展的今天，酒店、餐饮电脑管理在世界各国已非常普及。它成为服务行业提高办公效率、提高竟争力的关键因素之一。随着经济环境的不断好转，面对餐饮业严酷竞争日益激烈的现实，如何加强管理、提高工作效率和改善服务质量成了急待解决的问题。而解决这些问题的关键措施之一就是建立实用、先进、高效的餐饮电脑管理系统，引进创新的经营机制，适应新形式下的生存和发展的空间。
近年来，随着人民的生活水平的不断提高，餐饮业的消费持续增长，竞争愈来愈激烈。然而，传统餐饮企业的日常运作还是靠人工管理，从原材料入库到客人点单，再到结账基本上由人工完成记录，这样做不仅耗费人力资源而且容易导致记录丢失或重复等错误，造成管理水平低下。作为传统的餐饮企业就是存在这些问题，进货，库存有人工管理，客人点单需服务员记录并送至厨房，客人结账由手工记录，人力耗费大，客人等待时间长，管理效率低下，这就迫切需要标准的、高效率的计算机管理方式引导其发展,通过计算机管理该企业的日常运作，给管理者以决策参考的模型，来不断完善管理水平，提高工作效率。
管理信息系统是一门新兴的,集管理科学、信息科学、系统科学及计算机科学为一体的综合性学科，研究的是企业中信息管理活动的全过程，以便有效的管理信息，提供各类管理决策信息，辅助企业进行现代化管理。管理信息系统的分析与设计，必须和具体实际相结合，才能真正服务社会。
在系统开发时应遵循以下一些原则：
（1）稳定性原则：系统的开发必须具有加强的应变能力，在一定时间内有相对的稳定性。
（2）实用性与先进性原则：目前，我国的管理信息系统开发中存在低水平的重复开发和片面追求高档次的硬件设备，以及系统开发成功率低，使用价值不高等问题。鉴于实际情况在系统开发中应遵循把实用性放在第一位，又要突出系统在技术上，管理上的先进性原则。
（3）面向用户原则：管理信息系统是为用户开发的，最终是交给用户使用的，只有用户通过运行才能对系统做出客观评价。因此必须从系统的总体方案规划设计到系统开发过程中的每一个环节，都必须坚持一切为了用户，一切服务于用户的观点，这是信息系统开发的首要前提。
1.2 无线点菜的研究内容及意义
根据该企业的特点和该企业的实际情况，该系统以餐饮业务为基础，主要突出点单、结账。该系统可以根据客人的要求在服务终端上点出自己喜欢的菜式。在每个服务终端上有强大的语音录放功能，由于该功能的优势，酒店可以通过它向客人介绍一些有特色的服务或者有名气的菜式。在该系统中，还有一个有特色的模块——红外自学习模块，这个模块是一个独立的部分，它分为红外发送部分和红外接收部分，可以控制包间内所有电气设备的开关，而且与遥控器不相冲突。无线解手模块是通过服务终端了解到的信息和中心控制计算机相通信，以便服务中心对餐饮系统的管理。
在现实的社会中，小型餐饮公司或企业的管理还大多停留在人工管理日常业务运作的水平上，人们使用传统人工的方式管理文件档案，这种管理方式存在着许多缺点,如:效率低、易出错，另外时间一长,将产生大量的文件和数据,这对于查找、更新和维护都带来了不少的困难。该企业开发此餐饮管理系统，不仅能提高公司的管理水平给管理者提供一个企业运作的信息平台还能提升企业的形象及增强竞争力。使用该餐饮管理系统能将餐饮企业业务管理和人员管理信息化，使企业从原材料进货到客人消费都由计算机管理并记录，可随时掌握酒店里房间的使用状况，客人点单，挂账等情况，并能尽可能的降低使用者的劳动强度，同时提高工作质量和效率。在竞争越来越激烈的餐饮业中取得优势.
1.3 无线点菜的国内外研究现状
中国是举世闻名的美食大国，拥有五千年的饮食文化和巨大的餐饮市场，随着人民生活水平和生活方式的转变，餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业，但同样也应看到，餐饮业不仅面临着巨大的发展机遇，也面临着前所未有的挑战和考验。这些挑战主要来源于以下几方面：
（1）人才的专业化程度不够导致内功不足：因餐饮业门坎较低，中国的大多数餐饮企业的老板是从小店发展起来的，家族式管理的居多，还没有发展到聘请职业经理人，许多还是"人治"，并没有一套现代企业制度和监督管理体制，所以从观念意识、经营思想和管理水平还有待专业化。
（2）应变能力差，缺乏先进的信息工具：现在的餐饮市场火爆，许多以前做电子、房地产等其他行业的老板都凭借雄厚的资金实力挤进餐饮市场，争先恐后的上规模、上档次、比菜品、比服务、拼价格，使餐饮市场竞争激烈，但是许多餐饮企业缺乏对市场的应变能力和灵敏的信息工具，在现今网络经济的时代，许多餐饮企业还处在手工及半手工状态，即使有计算机也只当个点菜器和计算器用，并没有真正通过计算机系统来实现改造流程、强化管理、降低成本、堵漏节流等作用。
（3）缺乏科学和标准的管理体系：国外著名的快餐连锁经过上百年的探索都形成了标准化的工作流程和方法。中餐因其菜品的多样化和特色化的服务很难实现标准化管理，这使中餐企业的成本控制很难实现，但近两年也出现了引进快餐式经营特点的中餐企业，从流程、服务、出品都开了中餐标准化的先河。
当然经营特色、规模、出品这些因素不同的餐饮业态有不同的标准，但是提高餐饮企业核心竞争力的管理信息工具越来越受到餐饮老板的重视，因此许多公司都陆续推出了餐饮管理系统，但由于自身经验的缺乏或对酒店餐饮行业管理理解的不够，至使市场上的产品良莠不分。目前市场上的餐饮管理系统大致有手工单据集中上传、PDA点菜和IC卡手持点菜三种类型。
手工单据集中上传类型：顾名思义，集中上传就是点菜员用手工开单后，统一到前台的计算机或触摸屏来进行统一录入上传。很明显，这将导致效率的非常低下。在营业高峰时经常出现录入菜单排队现象，相信随着当前餐饮管理的发展，这种效率低下的管理模式将逐渐遭到淘汰。另外，没有条码划菜系统，无法统计上菜的时间，一旦出现问题，在厨师和传菜员之间无法追究明确责任。
PDA点菜类型：PDA点菜上传，其主要是通过红外线或无线传输技术(802.11b)来进行数据传输。红外线传输距离由其功率的大小决定，由于PDA自身性能的局限性，其红外线传输的理论距离只有4米，而且红外线传输过程中不能有任何障碍物阻拦，实际上要求在1米内才能看清楚上传指示灯和上传确认音，传输成功率不能达到100%，极易造成数据的丢失。红外传输设备与红外接收设备进行通讯时，为一对一对应，其他红外传输设备无法插入，只能等待，等待过程中容易发生丢包现象。另外，红外线传输所需的硬件品种较为复杂，这相对于构建网络也会较为复杂，则网络容易出现故障。无线传输技术（802.11b）因其用国家允许的公用频率，所以会受到其他诸如手机、微波设备等所发出信号的干扰。主要表现为:通讯距离缩短,通讯时间加长，发出错误的包。
IC卡手持点菜类型： IC卡手持点菜系统着重流程管理，针对中餐酒店的所有环节采用信息手段进行整合，从预订、接待、点菜、菜品上传、厨房分单打印、条码划菜、收银、经理查询等全方位计算机管理信息系统。是目前业内较为先进的，非常适合中大型酒楼的管理系统，根据调研IC卡手持点菜的用户情况分析，其系统的特性有以下几点：
（1）数据准确、无丢单漏单现象；
（2）图形化、人性化、直观化；
（3）上传速度快、使用效率高；
（4）引进先进的条码技术管理菜品厨房分单打印出来的条码单的内容包括台号，名称，数量，价格，制作方式，特殊要求，及条码等；
（5）灵活而准确高效的收银结帐系统；
（6）是辅助酒店老板的监控和决策的工具。
综上所述，从中餐行业的复杂性和从业人员的素质考虑，推荐餐饮企业使用现今应用比较广泛也是比较稳定成熟的IC卡手持点菜技术。
1.4 本文的工作
详细分析课题任务，首先了解凌阳单片机的特性、SPCE061A指令、程序设计、开发环境等；然后研究、分析无线点菜系统终端设备的系统设计方案；接着根据系统方案设计出达到每个具体要求的子模块；比如要实现语音录放功能就要掌握语音设计方法，设计出语音录放子模块等等。最后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行硬件调试。设计一个基于单片机的无线点菜系统终端设备的具体化技术指标如下：
1. 无线点菜系统终端设备的核心控制芯片是SPCE061A的凌阳单片机；
2. 由已经录制好的语音片段提供客人本酒店的点菜服务程序；
3. 由键盘输入客人要点菜单的序号；
4. 由无线传输模块PTR2000将信息发送给主控计算机；
5. 由红外自学习模块控制包间内电气设备的开关。

第2章 无线点菜餐饮系统服务终端设备设计方案及论证
实现基于单片机的无线点菜系统终端设备的设计，我们需要达到以下要求无线服务系统主要由服务终端和服务中心两部分组成。酒店的每个餐厅都设有一个服务终端，服务终端可以通过红外学习模块控制餐厅内所有的电器设备如电视机、空调、DVD、红外遥控窗帘器、遥控灯等。通过服务终端的特色餐饮语音介绍功能，可以向客户推荐酒店的特色餐饮。服务终端将客户的点菜信息进行编码后通过无线传输模块发送给服务中心，服务中心收到信息后，立即进行解码，若收到的信息是客户的语音信息，则立即播放客户语音。若收到的是点菜信息，则立即查询现有食品库存是否满足客户菜单要求，若能满足，则发送回复信息给终端告知点菜成功，同时厨房打印机打印菜单给厨师；若食品库存不够，可直接利用语音模块与服务终端的客户进行对话，询问客户是否可以换菜或等待购菜等，然后根据客户的要求进行换菜或购菜等处理，并发送回复信息告知客户处理结果。在客户用餐的过程中，客户还可能发出加菜、退菜、催菜等信息，服务中心与客户协调后作出相应处理，并发送回复信息或语音信息告知客户处理结果。当终端发出结账信息时，服务中心打印账单结账。客户走后，服务中心发送设备控制信息给服务终端，终端根据控制信息发射红外遥控命令，以关闭电视、空调等设备。
所以要求此系统必须具备4个模块：语音录放模块、无线传输模块、人机交换模块和红外自学习模块。
2.1 基于PDA的无线点菜系统终端设备的设计
方案1：基于PDA的无线点菜系统终端设备的设计，主要由两大部分组成: 无线部分各基带信号处理和控制部。
1. 无线部分: 包括天线系统, 发送、接收、调制、解调各振荡器等高频系统, 发送部分由射频功率、放大器、带通滤波器组成, 接收部分由高频放大、变频, 中频放大器组成。
2. 基带信号处理和控制: 包括发送信道的信号处理和接收信道的信号处理。发送信道的信道处理主要是编码过程, 以便形成帧数据可以发送,接收信道处理包括均衡、信道分离、解密解码等,最终得到的数据信息, 经过终端数据适配器交给CPU 处理。
主要的技术指标:
1. 工作频率: 47MHz
2. 信道间隔: 4 kHz
3. 信道数目: 10
4. 调制方式: FSK
5. 工作电压: ±12 V
6. 编码格式: POCSA G 码

天线转换
接收
解调
均衡
信道分离
解码
VCO
频率合成器
控制器
适配器
发送
调制
编码
键盘、显示器

图2.1 无线终端控制部分系统功能图
2.2 基于单片机的无线点菜系统终端设备的设计
方案2：基于SPCE061A单片机的无线点菜系统终端设备的设计，此设计也包括四个模块：语音录放模块、人机交换模块、无线传输模块和红外学习模块。终端设备的控制芯片选用凌阳SPCE061A，此芯片具有强大的语音录放功能，通过服务终端的特色餐饮语音介绍功能，可以向客户推荐酒店的特色餐饮。与此同时，在每个包间的餐桌上都有一份菜单，上面有菜名和菜名所代表的序号，通过语音录放模块提示客人点菜的程序。由键盘电路输入点菜信息。比如，当客人按下键盘电路上的放音键时，语音信息将提示客人“开始点菜，请您按键选择您需要点单的第1道菜的序号，按*号键继续点菜，按#好键结束点菜。”等，这些详细的按键语音功能介绍将在语音模块中重点介绍。在客人输入点菜信息后，由无线传输模块将这些信息传送到主控计算机，在服务中心处理完信息后可以向服务终端反馈信息。容易与PC机接口。无线传输模块采用PTR2000。红外学习模块可以控制餐厅内所有的电器设备如电视机、空调、DVD、红外遥控窗帘器、遥控灯等。
点菜
加菜
退菜
换菜
催菜
缓菜
结帐
显示信息
播放语音
控制设备
点菜信息
客户语音功能
红外学习功能
点菜信息回复
语音信息
设备控制信息
信息编码
特色餐饮介绍
学习红外编码或发射遥控编码
接收信息并解码
无线传输模块
播放语音
点菜
加菜
退菜
换菜
催菜
缓菜
结帐
显示信息
播放语音
控制设备
点菜信息
客户语音功能
红外学习功能
点菜信息回复
语音信息
设备控制信息
信息编码
特色餐饮介绍
学习红外编码或发射遥控编码
接收信息并解码
无线传输模块
播放语音
点菜
加菜
退菜
换菜
催菜
缓菜
结帐
显示信息
播放语音
控制设备
点菜信息
客户语音功能
红外学习功能
点菜信息回复

图2.2 服务终端控制部分系统功能框图
打印帐单
打印菜单
点菜信息处理
点菜信息回复
餐厅设备控制信息
播放语音
点菜信息
信息编码
服务中心语音信息
语音信息
接收信息并解码
无线传输模块

图2.3 服务中心控制部分系统功能框图
我们此次设计的是无线点菜系统的终端设备，也就是图2.2所要实现的功能。
2.3基于PC机无线点菜终端设备的设计
方案3是基于PC机的无线点菜系统终端设备的设计。硬件选择： 推荐配置：客户机 奔腾以上处理器 内存32M 以上 硬盘5G以上服务器 奔腾或至强处理器 内存256M SCSI硬盘；软件选择：各职能部门的计算机使用PC机，操作系统使用Microsoft公司的中文Windows98/2000操作系统；数据库服务器采用Microsoft公司的Windows 2000Server操作系统。本设计的硬件连接相对简单，重点是如何实现无线点菜和如何制作良好的界面，即在软件设计方面下工夫。
数据库设计是在既定（本系统使用SQL Server）的数据库管理系统基础之上建立数据库的过程。其过程是将现实存在的数据及其应用处理关系进行抽象，从而形成数据库结构。数据库是数据库应用程序的核心。数据库设计是建立一个应用程序最重要的一步。在建立数据库概念模型之后，要真正实现与数据库管理系统的结合，即能够由既定的数据库管理系统所支持，还必须进行逻辑结构的设计，在逻辑设计阶段，主要完成建立数据库的逻辑模型，并解决数据的完整性、一致性、安全性和有效性等问题；最后一个阶段是数据库的物理结构设计，其任务是为系统逻辑结构模型确定合理的存储结构、存取方法、以及数据表示和数据存储空间分配等内容，从而得到具体的数据库物理结构。
网络结构采用星形结构，各个计算机通过千兆以太网卡连接到交换机。结构如图2.4

图2.4 基于PC机无线点菜的网络结构图
2.4 论证分析
1. 从终端设备设计价格上来分析，方案1的无线传输部分采用的是天线系统，包括天线系统, 发送、接收、调制、解调各振荡器等高频系统, 发送部分由射频功率、放大器、带通滤波器组成, 接收部分由高频放大、变频, 中频放大器组成。它的价格比较昂贵，而且要实现的难度比较大。而且方案1是基于PDA的无线点菜终端设备的设计，成本比单片机要高得多。而方案2采用模块设计，它的无线传输部分是采用PTR2000价格实惠，容易实现，在200M范围内有效，适用于此系统的要求。方案3在每个服务终端都要装配一台PC机，价格更加昂贵。
2. 从实现的功能方面来分析，方案1有强大的无限传输功能和人机交换界面良好，可是语音录放功能和红外学习功能却没有体现出来。而方案2采用的是凌阳公司开发的SPCE061A芯片，此芯片有强大的语音录放功能，而本次设计主要是有语音录放功能向客人提供点菜的程序和反馈主控计算机发回的信息，同时无线传输也本次设计应该突出的重点功能。通过扩展也容易实现红外自学习的功能，容易达到设计的要求。方案3的实现的功能也是非常强大的，通过软件设计可以设计出更加完善的人机交换界面，也能达到本次设计要求的所有功能。
3. 从实现难度方面来分析，方案1中POCSA G编码制式的传输速率低,要增加新的用户量只能靠增加频点、增设新台来实现。在寻呼业高速发展阶段,要使用户量，只要密码组码足够复杂,周期比较长,想从中获取消息是比较困难的。 这种保密法与数字通信和频带压缩有紧密的关系。而方案2，无论是硬件设计、外围扩展、软件编程还是调试等等都相对简单些。硬件方面采用功能划分模块，分为语音录放模块、人机交换模块、无线传输模块和红外自学习模块。功能齐全、结构简单、划分明了。在软件编程方面，由于凌阳SPCE061A支持C语言和汇编语言联合编程的方法。C语言作为主程序编程，调用其他程序模块，可以充分利用C语言的优点。汇编语言主要用在子程序模块中，利用它在中断、延时方面的优点。凌阳SPCE061A的集成开发环境IDE也是功能很强大的，凌阳科技将软件编译、连接以及下载SPCE061A程序代码的各种工具集成在一个Windows操作系统下，作成一个功能强大的集成开发环境μ’nSP™ IDE。它集程序的编辑、编译、连接、调试以及仿真等功能为一体，使人们的编程、调试操作更加方便。此外，它的软件仿真可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能来调试程序，比较方便。方案3的实现和方案2比起来要复杂些，还需要用到许多附加的设备，在软件编程方面也更加复杂些。
综上所述：方案2是无论是从经济方面、科学性还是从实现的容易程度都优于方案1和方案3，不失为最佳的选择。
综上所述方案2有如下的特点：
1. 在完成所要求的任务的基础之上还有着结构简单、明了的特点，很容易实现，而且在一定的程度上节约成本。
2. 由于采用了模块设计，能够达到设计的要求，功能强大。很大程度上的减少了编程的麻烦，编程、调试实现起来较容易。
3. 集成开发环境IDE也是功能很强大，方便我们进行硬件调试、软件调试、软硬件联调，有利于做出实物来。为我们提供了良好的实验开发平台。

第3章 无线点菜餐饮系统终端设备的硬件设计
整个系统由软件和硬件两部分组成。本章详细介绍了系统的硬件和软件设计，并对硬件和软件的每一个部分进行了分析，在后半部分还对系统模型进行了访真与程序调试。硬件和软件的每一个坏节都是深思熟虑而成，各自完成相应的功能并组成一个统一的整体。
系统硬件由核心控制芯片SPCE061A单片机、电源电路、语音录放模块、人机交换模块、无线传输模块和红外自学习模块组成。系统电源为整个系统提供电能；语音录放模块为客人提供点菜信息；人机交换模块主要是键盘电路和显示电路，主要为客人提供和主控计算机交流的平台；无线传输模块用于客人和主控计算机的通信；红外自学习模块用于在客人走后，主控计算机发出红外编码信息控制服务包间内电气设备的开关。如电视机、空调、DVD、红外遥控窗帘器、遥控灯等。系统硬件原理图如图3.1所示。

SPCE061A
PTR2000
PTR2000
RE232
主控计算机
放音电路
红外自学习模块
电气设备
显示电路
电源电路
键盘电路

图3.1系统硬件原理图
3.1 单片机SPCE061A 简介
SPCE061A 是继μ’nSP™系列产品SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一个16 位结构的微控制器。与SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A 里只内嵌32K 字的闪存FLASH ROM。较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A 相同，以μ’nSP™为核心的SPCE061A 微控制器也适用在数字语音识别应用领域。SPCE061A 在2.6V至3.6V 工作电压范围内的工作速度范围0.32MHz至49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K 字SRAM 和32K 字闪存ROM 仅占一页存储空间，32 位可编程的多功能I/O 端口；两个16 位定时器/计数器；32768Hz 实时时钟；低电压复位/监测功能；8 通道10 位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10 位DAC 方式的音频输出功能；SPCE061A 是数字声音和语音识别产品的一种最经济的应用。

图3.2 SPCE061 引脚图
3.1.1 性能
16 位μ’nSP™微处理器；CPU 时钟：0.32MHz～49.152MHz ；内置2K 字SRAM；内置32K 闪存ROM；工作电压：VDD 为2.6～3.6V(cpu), VDDH 为VDD～5.5V(I/O)；可编程音频处理；晶体振荡器；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2μA@3.6V；2 个16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2 个10 位DAC(数-模转换)输出通道；32 位通用可编程输入/输出端口；14 个中断源可来自定时器A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳210 秒的语音数据；锁相环PLL 振荡器提供系统时钟信号；32768Hz 实时时钟；7 通道10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；具备串行设备接口；低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。
3.1.2 应用领域
语音识别类产品；智能语音交互式玩具；高级亦教亦乐类玩具；儿童电子故事书类产品；通用语音合成器类产品；需较长语音持续时间类产品等等
3.1.3 结构介绍
SPCE061A 配备了凌阳科技开发的最新的16 位微处理器μ’nSP™。它内含有8 个寄存器：4 个通用寄存器R1～R4，1 个程序计数器PC，1 个堆栈指针SP，1 个基址指针BP 和1 个段寄存器SR。通用寄存器R3 和R4 结合形成一个32 位寄存器MR，MR 可被用作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A 有3 个FIQ 中断和14 个IRQ 中断，并且带有一个由指令BREAK 控制的软中断。μ’nSP™不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算。
SRAM：SPCE061A 拥有2K 字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从$000000 到$0007FF。闪存Flash ROM：32K 字的内嵌式闪存用于存放程序和数据。全部32K 字闪存均可在ICE 工作方式下被编程写入或被擦除。对闪存设置保密设定后，其内容将不能再通过ICE 被读写，也就可以使程序不被其他人读取。
输入输出端口是系统与其它设备进行数据交换的接口。SPCE061A 具有两个可编程输入输出端口：A口和B口。A口既是具有可编程唤醒功能的普通I/O口，又可与ADC的多路LINE_IN 输入共用(IOA[6～0]与LINE_IN[1～7]共用，见P_ADC_MUX_Ctrl (读/写)($702BH)，此时IOA 必须被设置为悬浮管脚)；B口除了具有普通I/O 口的功能外，在特定的管脚上还可以完成一些特殊的功能。
SPCE061A 提供了两个16 位的定时器/计数器：TimerA 和TimerB。TimerA 为通用计数器；TimerB为多功能计数器。TimerA 的时钟源由时钟源A 和时钟源B 进行“与”操作而形成；TimerB 的时钟源仅为时钟源A。定时器发生溢出后会产生一个溢出信号(TAOUT/TBOUT)。一方面，它会作为定时器中断信号传输给CPU 中断系统；另一方面，它又会作为4 位计数器计数的时钟源信号，输出一个具有4 位可调的脉宽调制占空比输出信号APWMO 或BPWMO(分别从IOB8 和IOB9 输出)，用来控制马达或其它一些设备的速度。此外，定时器溢出信号还可以用于触发ADC 输入的自动转换过程和DAC 输出的数据锁存。
SPCE061A 具有两种中断方式：快速中断请求FIQ(Fast Interrupt Request)中断和中断请求IRQ(Interrupt Request)中断。中断控制器可处理3 种FIQ 中断和11 种IRQ 中断，以及一个由指令BREAK 控制的软中断。相比之下，FIQ 中断的优先级较高而IRQ 中断的优先级较低。也就是说，FIQ 中断可以中断IRQ中断服务子程序的执行，而CPU 执行相应的FIQ 中断服务子程序的过程不能被任何中断源的中断请求中断。

IOB0（SCK） IOB1（SDA）

ROM

RAM
CPU时钟实时时钟
低电压监测/
低电压复位
32管脚通用输入输出端口
双16位定时器/
计数器
时基
中断控制
双通道
10位DAC输出
7通道10位ADC
单通道ADC+AGC
ICE-EN

ICE-SCK

ICE-SDA
16位控制器+ICE
VCP
XI/R
XO

锁相环振荡器
IOA15-0 IOB15-0
MIC-IN

AUD1
AUD2
串行输入输出口
图3.3 SPCE061A 结构图

3.2 语音录放模块
本次设计的要求为整个系统在运行时能够根据客人的要求，提供语音服务，比如向客人介绍有特色的菜式、服务等等，以增加效果。为了配合设计要求，设计了语音模块。
语音是SPCE061A的一大特点。应用SPCE061A可以方便的实现语音录放，该芯片拥有8路10为精度的AD。其中一路AD为音频转化通道，并且内置有自动增益电路。这为语音录入提供了方便的硬件条件。2路10为精度的DA，只需要外接2个功放（LM386）即可以完成语音的播放。而且它支持标准的C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的相互调用。并且，提供了语音录放库函数，只需要了解库函数的使用，就会容易的完成语音录放，这些都为软件的开发提供了方便的条件。
将压缩前的数据量比上压缩后的数据量即可以得出凌阳不同的音频格式压缩比：
SACM-A2000：压缩比为8：1，8：1.25，8：1.5
SACM-S480：压缩比为80：3，80：4.5
SACM-S240：压缩比为80：1.5
压缩比越大，存储空间占用越小，更加节省月资源。
凌阳的音频格式有许多种，比较常用的有三种，如表3.1所示。
表3.1 凌阳音频的格式
模块名称
语音压缩编码率类型
资料采样率
SACM-A2000
以30/24/20/16（KB/S）的速率进行编码
16KHz
SACM-S240
以2.4KB/S的速率进行编码
16KHz
SACM-S480
以4.8KB/S的速率